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グラウト材充填方法
説明

グラウト材充填方法

【課題】 トンネル導坑背面部の空隙部へグラウト材を充填する方法であって、空隙部に十分な透水性を持たせることが可能なグラウト材充填方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明は、トンネル導坑背面部と地盤との間の空隙部へグラウト材を充填するグラウト材充填方法であって、粒状の氷が混合されたグラウト材を、前記氷が融解する前に、前記空隙部に充填して、硬化させることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、透水性を有するグラウト材をトンネル導坑背面部の空隙部に充填するグラウト材充填方法に関する。
【背景技術】
【0002】
トンネルを施工した後に、トンネル導坑背面側と地盤との間に空洞部が発生することがある。
このような空洞部が存在したままだと、車両の通行による振動や風圧などによりトンネルの肌面が剥落する危険がある。そこで、安全性の確保のため、空洞部にグラウト材を充填してトンネルを補強することが行われている(特許文献1)。
このような補強を行う地盤に地下水脈が存在する場合、補強用のグラウト材によって、その地下水脈を遮断しないことが要求される。
地下水脈を遮断してしまうと、周囲の地下水が減少して環境に多大な影響を及ぼす場合があるためである。
【0003】
地盤中の水脈を遮断しないようにするためには、例えば、特許文献2および特許文献3に記載されているような、水を透過させる通水管を有するセグメントをあらかじめトンネル施工時に設置し、トンネル導坑背面に通水路を設けて水脈を遮断しないようにする方法が採用されている。
【0004】
しかし、前記のようなセグメントを設置する場合、水脈のある位置を正確に特定して、通水管に通水できるような位置にセグメントを設置しなければならず、セグメントの設置に手間がかかる。また、トンネル施工後に発生した空隙部を補修する場合には、このようなセグメントは設置できない。
【0005】
一方、空隙内に充填されるグラウト材として、特許文献1や特許文献4に記載されている気泡を有するものを用いることで、グラウト材に透水性をもたせることも行われている。
しかしながら、特許文献1や特許文献4に記載されているグラウト材は、硬化後に気泡による細かく均一な孔が多数存在するため、水脈の水を透過させるほどの十分な透水性を得ることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2000−328886号公報
【特許文献2】特開平10−317897号公報
【特許文献3】特開2009−180019号公報
【特許文献4】特開平9−255447号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
そこで、本発明は、トンネル導坑背面部の空隙部へグラウト材を充填する方法であって、空隙部に十分な透水性を持たせることが可能なグラウト材充填方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の前記課題を解決するための手段としては、トンネル導坑背面部と地盤との間の空隙部へグラウト材を充填するグラウト材充填方法であって、粒状の氷が混合されたグラウト材を、前記氷が融解する前に、前記空隙部に充填して、硬化させることを特徴とする。
【0009】
本発明によれば、トンネル導坑背面部の空隙部にグラウト材を充填した後に、グラウト材に混合された粒状の氷が融解するため、硬化後には氷の形状の空間が多数生じて、該空間によってグラウト材充填部分が透水性を有することになる。
よって、トンネル導坑背面部の地盤に水脈が存在していても、充填部分によって遮断されることがない。
【0010】
また、前記グラウト材が、速硬性セメントと可塑剤と水とを含むことが好ましい。
【0011】
速硬性セメントを用いることで、グラウト材の硬化時間を早めることができ、氷が融解する前に硬化させることが容易にできる。
さらに、可塑剤を含むことでグラウト材の混練時に適度な粘性が生じ、粒状の氷がグラウト材に浮いて、氷の融解後にできる空間が充填部分の一部に偏って形成されることが抑制できる。
【0012】
尚、前記グラウト材に対する前記可塑剤の含有量が2.7kg/m3以上6.3kg/m3以下になるように混合することが好ましい。
前記可塑剤を上記含有量にすることで、前記のような、適度な粘性に調整することが容易にできる。
【0013】
前記グラウト材に対する前記氷の含有量が300kg/m3以上700kg/m3以下になるように混合することが好ましい。
前記量の氷を混合することで、十分な透水性を有し、且つグラウト材充填部分の強度も維持できる程度の空間に調整することが容易に行える。
尚、前記グラウト材に対する可塑剤、および氷の含有量は混練直後のグラウト材の全量に対する量を指す。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、トンネル導坑背面部の空隙部へ、透水性と強度に優れたグラウト材を充填する充填方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明に係る実施形態について説明する。
まず、本発明のグラウト材の充填方法に用いるグラウト材について説明する。
【0016】
本発明のグラウト材は、速硬性セメントと、可塑剤とを水で混練した後、さらに粒状の氷を混合することで形成される。
速硬性セメントとしては、ポルトランドセメントと急硬材とを含有するセメント、アルミナセメント、超速硬セメントからなる群から選ばれる少なくとも1種のセメントであることが好ましい。
これらの速硬性セメントは硬化時間が短いため、後述する氷の融解前にグラウト材が硬化することができ、好ましい。
特に、超速硬セメントを含む場合には、より確実で短時間で硬化するため、好ましい。
【0017】
前記可塑剤は、前記速硬性セメントと水との混合物に添加することで、混合された混練材料に適度な粘性を与えるために添加する。
可塑剤としてはベントナイト、アタパルジャイト、カオリン、メタカオリン などが使用でき、特に好ましい可塑剤としてベントナイト、アタパルジャイトが使用できる。
前記可塑剤の混合量は、グラウト材全体に対して、2.7kg/m3以上6.3kg/m3以下、好ましくは、3kg/m3以上6kg/m3以下の範囲で混合されることが好ましい。
このような範囲で可塑剤が混合されると、混練後のグラウト材の粘性をフロー値120mm以下に調節することができる。
尚 本発明においてフロー値とは、日本道路公団規格「エアモルタル及びエアミルクの試験方法(JHS A313−1992)」に規定されたコンシステンシー試験方法のシリンダー法によって測定したものをいう。
【0018】
本発明で用いるグラウト材には、本発明の効果を損なわない範囲で、結合材、凝結調整剤、減水剤等の公知の混和剤を混合することができる。
減水剤としては、例えば、ポリカルボン酸系の減水剤としてレオフリーQ(住友大阪セメント株式会社製)などが使用できる。
【0019】
前記のような速硬性セメント、可塑剤、その他の混和剤などの粉体材料に所定量の水等(液体の混和剤を含む)を添加し混練して混練材料を形成する。
混練は、ハンドミキサーや、グラウトミキサーなど公知の混練手段で行うことができる。
また、本発明の混練材料の水/粉体材料の比は、粉体材料に対して水が25〜45質量%の範囲であることが好ましい。
【0020】
次に、前記のような混練材料に粒状の氷を混合する。
氷は、粒の最も大きい差し渡し長さが、約5mm以上約50mm以下の大きさであることが好ましく、約10mm以上約30mm以下がさらに好ましい。
氷の大きさは、この範囲であれば、透水性を十分に確保できると同時に、グラウト材の硬化後に十分な強度も保つことができる。
前記氷の大きさは、製氷時にこの範囲であることが好ましい。
氷の大きさが上記範囲であれば、グラウト材の硬化時間を考慮しても、好ましいサイズの空間を形成することができる。
【0021】
前記氷の配合量は、グラウト材全体の体積に対して、300kg/m3以上700kg/m3以下であることが好ましく、400kg/m3以上600kg/m3以下であればさらに好ましい。
この範囲であれば、透過性を十分に確保できると同時に、グラウト材の硬化後に十分な強度も保つことができる。
すなわち、本発明で用いられるグラウト材は、前記氷の大きさと混合量を適宜調整することで、透水性と強度を好ましい範囲に容易に調整可能である。
【0022】
前記混練材料は、可塑剤によって粘性を調整しているため、前記氷を混合しても、氷が浮いてしまうことがなく、すなわち氷が部分的に多く存在することなく、適度に分散した状態で混合される。
【0023】
前記のようなグラウト材を、トンネル導坑背面部の空隙部に公知の充填手段を用いて充填する。
この時、前記氷が融解する前にグラウト材を充填することが必要である。
【0024】
グラウト材が硬化すると、氷の大きさに近い空間が多数存在する充填部がトンネル導坑背面部の空隙部に形成される。
このような氷によって形成された空間は、気泡と違い細かすぎず、また均一性も気泡ほどではないため、適度な体積の連続した空間がところどころに生じ、透水性が良好である。
また、氷の量や大きさを調整することで空間体積も自在に調整できるため、空間が多すぎてグラウト材の充填部の強度が低下することを抑制できる。
【実施例】
【0025】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0026】
(実施例)
表1に記載の各配合で、セメント組成物、可塑剤、混和剤を準備した。
セメント組成物としては、速硬性セメントを含むセメント組成物(商品名:フィルコンSB-Q、住友大阪セメント株式会社製)を使用した。
可塑剤としては、「JETMS B材」(住友大阪セメント株式会社製)を、混和剤として、「レオフリー Q」(住友大阪セメント株式会社製)を使用した。
調整方法は、まず、混練水に、混和剤と、セメント組成物を投入して、2分間混練し、次に可塑剤を添加して1〜2分間混練して、混練材料を形成した。
この時の各混練材料のフロー値は約110mmであった。
得られた混練材料に、表1に記載の量の氷(大きさは約10mm〜30mm程度)をそれぞれ投入し、20〜30秒混練した。
このグラウト材を温度20℃、28日間、硬化させて、直径10cm、高さ20cmの円柱状の硬化体として作製し、実施例1〜実施例5とした。
尚、上記各実施例のグラウト材の硬化時間は、実施例1が90分、実施例2が110分、実施例3が120分、実施例4が150分、実施例5が180分であった。
【0027】
(比較例)
比較例として表2に記載の配合で、気泡入りのモルタルを準備した。
セメント組成物として、高炉セメントB種(住友大阪セメント株式会社製)を用いた。
また乾燥粘度粉として、「スミクレー」(住友大阪セメント株式会社製)を、気泡剤として、「スミシールド AS-1」(住友大阪セメント株式会社製)を用いた。
調整方法は、まず、混練水に、乾燥粘度粉と、セメント組成物を投入して、2〜3分間混練し、次に、希釈水で25倍に発泡させた発泡剤を投入して、さらに、1分間混練して、気泡入りのモルタルを作成した。
このモルタルを、温度20℃、28日間硬化させて、直径10cm、高さ20cmの円柱状の硬化体として作製し比較例とした。
【0028】
(密度の測定)
密度は、内容量2Lの型枠に、混練直後の各実施例のグラウト材、比較例のモルタルを型枠の上端まで入れて重量を測定し、その重量を型枠の体積で除した値を密度とした。
【0029】
(空気量の測定)
実施例の空気量としては、混合した氷の体積を、硬化後のグラウト材中の空気量とした。
比較例の空気量については、旧日本道路公団規格「エアモルタル及びエアミルクの試験方法(JHS A313−1992)」に規定された空気量の測定法によって測定した。
【0030】
(透水係数の測定)
各実施例および比較例の硬化体を、JIS規格 JIS A 1218「土の透水試験方法」に規定された透水係数の測定法によって測定した。
【0031】
(圧縮強度の測定)
各実施例および比較例の硬化体を、JIS規格 JIS A 1216「土の一軸圧縮試験方法」に規定された圧縮強度の測定法によって測定した。
【0032】
測定結果を表1および表2に示す。
【0033】
【表1】

【0034】
【表2】

【0035】
表1および表2から明かなように、実施例1〜5では比較例よりも、透水性が良好で、且つ28日経過後の圧縮強度も良好であった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネル導坑背面部と地盤との間の空隙部へグラウト材を充填するグラウト材充填方法であって、粒状の氷が混合されたグラウト材を、前記氷が融解する前に、前記空隙部に充填して、硬化させることを特徴とするグラウト材充填方法。
【請求項2】
前記グラウト材が、速硬性セメントと可塑剤と水とを含む請求項1に記載のグラウト材充填方法。
【請求項3】
前記グラウト材に対する前記可塑剤の含有量が2.7kg/m3以上6.3kg/m3以下になるように混合する請求項1または請求項2に記載のグラウト材充填方法。
【請求項4】
前記グラウト材に対する前記氷の含有量が300kg/m3以上700kg/m3以下になるように混合する請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のグラウト材充填方法。

【公開番号】特開2012−67520(P2012−67520A)
【公開日】平成24年4月5日(2012.4.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−213595(P2010−213595)
【出願日】平成22年9月24日(2010.9.24)
【出願人】(000183266)住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Fターム(参考)】